RISCALDAMENTO COMBINATO

Il concetto di riscaldamento combinato si basa sull’uso di due o più fonti di energia termica, che lavorano in modo sincrono oppure come sistemi di riserva, garantendo un approvvigionamento termico ottimale. Nel caso della combinazione di camino e pompa di calore, la fonte principale di energia termica è la pompa di calore, che utilizza fonti energetiche rinnovabili (aria, terreno, acqua) per generare calore con un elevato coefficiente di prestazione (COP). Il camino, invece, funge da fonte aggiuntiva o di picco, che si attiva in caso di necessità, ad esempio durante temperature estremamente basse, interruzioni dell’alimentazione elettrica o per creare un’atmosfera calda.

I vantaggi di questa combinazione sono evidenti. La pompa di calore garantisce un riscaldamento stabile, economico e automatizzato per la maggior parte della stagione di riscaldamento, riducendo al minimo le emissioni di CO2. La sua efficienza è massima con temperature esterne moderate. Con l’abbassarsi della temperatura dell’aria esterna, il COP della pompa di calore diminuisce, ed è proprio qui che il camino con circuito ad acqua può integrare efficacemente il sistema. Genera rapidamente una notevole quantità di calore, alleggerendo il carico di picco sulla pompa di calore ed evitando l’uso di resistenze elettriche supplementari, che hanno un COP = 1 e sono molto più costose in esercizio. Questo consente di ottenere un risparmio significativo e di aumentare la resilienza energetica dell’edificio. L’integrazione di tali sistemi richiede moderni impianti tecnologici per una gestione efficace dei flussi termici.

Una condizione importante per l’efficienza è la presenza di un accumulatore inerziale (puffer), che accumula l’energia termica di entrambe le fonti e la distribuisce uniformemente nel sistema di riscaldamento. Questo consente di evitare avviamenti frequenti della pompa di calore e di utilizzare nel modo più efficiente possibile il calore prodotto dal camino. Ad esempio, il camino può funzionare a potenza nominale per un breve periodo, riscaldando l’accumulatore fino alla temperatura impostata, dopodiché il sistema passa automaticamente all’uso del calore dal puffer, riducendo la necessità di alimentare costantemente la legna.

L’efficienza complessiva del sistema è determinata non solo dal rendimento di ogni componente, ma anche dalla loro interazione. Secondo la ДБН В.2.6-31:2021 ‘Isolamento termico degli edifici’, il coefficiente di trasmittanza termica dell’involucro edilizio deve rispettare i valori normativi, il che garantisce perdite di calore minime. Il rapporto ottimale tra la potenza della pompa di calore e quella del camino, nonché la corretta scelta del volume dell’accumulatore inerziale, sono di importanza critica per raggiungere la massima efficienza energetica e ridurre il Total Cost of Ownership (TCO).

La pompa di calore è il componente chiave del sistema di riscaldamento combinato, garantendo la parte principale del carico termico dell’edificio. Sul mercato ucraino le più diffuse sono le pompe di calore di tipo ‘aria-acqua’ e ‘terreno-acqua’. Le pompe di calore ‘aria-acqua’ (ASHP) prelevano calore dall’aria esterna e lo trasferiscono al sistema di riscaldamento. Il loro coefficiente di prestazione (COP) può raggiungere 3,0–5,0 a una temperatura dell’aria esterna di circa +7 °C, ma scende a 1,5–2,5 a -15 °C. Questo le rende efficienti per il clima moderato tipico della maggior parte delle regioni dell’Ucraina, ma richiede una fonte di calore aggiuntiva nei periodi più freddi.

Le pompe di calore ‘terreno-acqua’ (GSHP) sfruttano la temperatura stabile del terreno (a una profondità di 1,5-2 m la temperatura è di circa +5…+10 °C tutto l’anno), il che consente loro di avere un COP più stabile ed elevato (spesso 4,0–6,0) indipendentemente dalle variazioni stagionali della temperatura esterna. Questo garantisce un’efficienza annuale superiore, ma richiede investimenti di capitale significativi per la perforazione di pozzi o la posa di collettori geotermici. La scelta del tipo di pompa di calore dipende dalle dimensioni del terreno, dalle condizioni geologiche e dal budget iniziale dell’investitore. Per raggiungere la massima efficienza, le tecnologie di riscaldamento innovative devono essere abbinate a una progettazione adeguata.

Nella progettazione del sistema è importante tenere conto del carico termico di calcolo dell’edificio secondo la ДБН В.2.2-15:2019 ‘Edifici residenziali. Disposizioni generali’, che definisce i requisiti minimi per la temperatura dell’aria nei locali (ad esempio, +18 °C per le stanze abitabili). La potenza della pompa di calore deve corrispondere al carico termico di base, che è pari a circa il 70-80% del massimo. I carichi di picco, che si verificano a temperature inferiori a quella di calcolo (-22 °C per la maggior parte delle regioni dell’Ucraina), sono coperti dalla seconda fonte – il camino o la resistenza elettrica integrata.

Un aspetto importante è anche la scelta del sistema di distribuzione del calore. Le pompe di calore funzionano al meglio con sistemi a bassa temperatura, come il ‘pavimento radiante’ (temperatura del fluido termovettore 30-40 °C) o i ventilconvettori. Con l’uso di radiatori, in particolare quelli in ghisa datati, è necessaria una temperatura più alta del fluido termovettore (fino a 55-60 °C), che riduce il COP della pompa di calore. I moderni radiatori a bassa temperatura con superficie di scambio termico maggiorata possono rappresentare una soluzione di compromesso.

Il camino con circuito ad acqua (intercapedine ad acqua) è un’efficace integrazione della pompa di calore, svolgendo la funzione di fonte di picco e di riserva di energia termica. A differenza del camino tradizionale, che cede il calore prevalentemente per irraggiamento e convezione nell’ambiente, il camino con circuito ad acqua riscalda il fluido termovettore che circola nel sistema di riscaldamento, in modo analogo a una normale caldaia. Questo consente di integrarlo nel sistema generale con l’accumulatore inerziale e di distribuire il calore in tutta la casa.

Il rendimento dei moderni camini con circuito ad acqua è notevolmente superiore a quello dei camini aperti e può raggiungere il 70-85%. Questo si ottiene grazie alla camera di combustione chiusa, a un efficace sistema di alimentazione dell’aria e alla superficie di scambio termico. Nella scelta del camino occorre prestare attenzione alla sua potenza termica nominale e massima, che deve essere sufficiente a coprire il carico termico di picco o il riscaldamento completo della casa in assenza di elettricità (se il sistema è progettato per la circolazione a gravità o dispone di un gruppo di continuità per le pompe).

L’integrazione del camino con circuito ad acqua nel sistema di riscaldamento con pompa di calore avviene solitamente tramite l’accumulatore inerziale. Questo previene l’impatto diretto delle alte temperature del camino sulla pompa di calore, progettata per funzionare con un fluido termovettore a bassa temperatura. Il camino riscalda rapidamente l’acqua nell’accumulatore, che viene poi utilizzata per il riscaldamento o l’ACS. Il termine ‘intercapedine ad acqua’ si riferisce alla cavità attorno alla camera di combustione, dove circola l’acqua, sottraendo calore alla combustione. Questa soluzione tecnica consente di trasformare efficacemente l’energia della legna in calore, distribuito in tutto l’edificio.

Un aspetto importante è anche il sistema di evacuazione dei fumi. La canna fumaria per un camino con circuito ad acqua deve essere progettata tenendo conto delle alte temperature e dei prodotti di combustione aggressivi. In conformità con la ДБН В.2.5-67:2013 ‘Riscaldamento, ventilazione e condizionamento’ e la ДБН В.2.5-20:2018 ‘Approvvigionamento di gas’, è necessario garantire un tiraggio adeguato, la tenuta e la sicurezza antincendio della canna fumaria. L’uso di canne fumarie multistrato in acciaio inossidabile o di sistemi di canne fumarie ceramiche coibentate è obbligatorio per garantire la durabilità e la sicurezza di esercizio.

Una progettazione efficace del sistema combinato ‘camino + pompa di calore’ inizia con un calcolo preciso del carico termico dell’edificio. Questo calcolo viene eseguito in conformità con la ДБН В.2.6-31:2021 ‘Isolamento termico degli edifici’ e la ДСТУ Б А.2.2-12:2015 ‘Efficienza energetica degli edifici. Metodo di calcolo del consumo energetico per riscaldamento, raffrescamento, ventilazione, illuminazione e acqua calda sanitaria’. I parametri principali considerati sono: superficie e volume dei locali, caratteristiche termofisiche dell’involucro edilizio (muri, tetto, pavimento, finestre, porte), zona climatica di esercizio (per l’Ucraina si tratta generalmente di zone con temperatura di calcolo dell’aria esterna di -22 °C, -20 °C, -18 °C), presenza di ponti termici e livello di tenuta all’aria (indicatore n50, misurato con il metodo ‘Blower Door’, che deve essere inferiore a 3,0 1/h per gli edifici moderni).

Dopo aver determinato il carico termico totale (Qt, W) e la potenza termica di calcolo per l’ACS (Qacs, W), è necessario ripartire questo carico tra la pompa di calore e il camino. La pompa di calore viene scelta tenendo conto del carico di base che può coprire con un COP elevato. Solitamente si tratta del 70-80% del carico termico massimo alla temperatura esterna di calcolo. Ad esempio, se il carico termico totale della casa è di 15 kW, la pompa di calore può essere scelta da 10-12 kW. Questo approccio garantisce il massimo risparmio, poiché la pompa di calore lavora raramente alla potenza di picco.

Il camino con circuito ad acqua, a sua volta, deve coprire il restante 20-30% del carico di picco e fungere anche da fonte di riserva. La sua potenza va scelta con un piccolo margine. Ad esempio, per una casa con 15 kW di dispersioni termiche e una pompa di calore da 10 kW, il camino dovrebbe avere una potenza nominale di circa 5-7 kW, per integrare efficacemente il sistema nei momenti di gelo intenso.

Anche il volume dell’accumulatore inerziale è un parametro critico. Viene calcolato in modo da accumulare il calore del camino, consentendogli di funzionare nel regime di combustione ottimale, e da attenuare la ciclicità di funzionamento della pompa di calore. Le raccomandazioni generalmente accettate per il volume dell’accumulatore per i sistemi con pompa di calore sono di 20-30 litri per 1 kW di potenza termica, mentre per i sistemi con caldaia a combustibile solido (a cui appartiene il camino con circuito ad acqua) – 50-70 litri per 1 kW. Questo consente di gestire efficacemente i sistemi di casa intelligente per ottimizzare comfort e consumo energetico.

Esempio: per una casa con un carico termico di calcolo di 15 kW e un camino da 7 kW, il volume minimo raccomandato dell’accumulatore sarà di 7 kW * 50 l/kW = 350 litri. Per una pompa di calore da 10 kW, sarà di 10 kW * 20 l/kW = 200 litri. Pertanto, il volume ottimale dell’accumulatore sarà di 300-500 litri, a seconda dello schema e della potenza specifici.

Il successo dell’integrazione tra camino con circuito ad acqua e pompa di calore dipende da uno schema idraulico correttamente progettato e installato. L’elemento centrale di questo schema è l’accumulatore inerziale, che svolge il ruolo di accumulatore termico e separatore idraulico. Esaminiamo uno schema di collegamento tipico:

1. Pompa di calore: Si collega all’accumulatore inerziale, solitamente nella sua parte centrale o superiore. La pompa di calore riscalda l’acqua nell’accumulatore fino alla temperatura impostata (ad esempio, 45-55 °C per il riscaldamento).
2. Camino con circuito ad acqua: Si collega all’accumulatore inerziale. Solitamente si tratta di un circuito separato con una propria pompa di circolazione (spesso a controllo elettronico) e un gruppo di sicurezza (vaso di espansione, valvola di sicurezza, manometro). Il camino riscalda l’acqua immessa nell’accumulatore, prevalentemente nella parte superiore per una rapida cessione di calore alle utenze o nella parte centrale per il preriscaldamento generale. Un elemento obbligatorio è la valvola termostatica a tre vie, che mantiene la temperatura del fluido termovettore in ingresso al camino sopra i 55-60 °C, per evitare la formazione di condensa e la corrosione della camera di combustione.
3. Utenze di calore: I sistemi ‘pavimento radiante’, i radiatori, i ventilconvettori si collegano all’accumulatore inerziale tramite gruppi di miscelazione e pompe di circolazione separati. Questo consente di fornire fluido termovettore a temperature diverse alle varie utenze (ad esempio, 35 °C per il pavimento radiante e 50 °C per i radiatori).
4. Acqua calda sanitaria (ACS): Solitamente viene realizzata tramite un boiler a scambio indiretto separato, che può essere riscaldato sia dall’accumulatore inerziale sia direttamente dalla pompa di calore.

Schematicamente, si tratta di un collegamento in parallelo delle fonti di calore a un unico accumulatore termico. La gestione del sistema avviene automaticamente tramite un controllore, che ottimizza il funzionamento della pompa di calore, accende o spegne le pompe del circuito del camino, controlla la temperatura nell’accumulatore e garantisce una temperatura confortevole nei locali. In presenza di una quantità sufficiente di calore nel puffer, la pompa di calore rimane spenta. Il camino, di norma, viene utilizzato manualmente, ma il suo calore viene integrato nel sistema automatizzato.

Elementi di sicurezza importanti: gruppo di sicurezza per il camino (valvola di sicurezza, sfiato d’aria), sensori di temperatura, valvole di protezione dal surriscaldamento (ad esempio, uno scambiatore di calore di scarico per lo smaltimento di emergenza dell’energia termica in eccesso nella fognatura). Tutte le tubazioni devono essere ben isolate per ridurre al minimo le perdite di calore, in particolare nei locali tecnici. L’uso di materiali di qualità (tubi in rame, acciaio inossidabile) e un’installazione professionale sono garanzia di durabilità e sicurezza del sistema. L’ottimizzazione dei nodi di collegamento consente di ridurre le perdite di calore e garantire elevati principi ZEB.

L’analisi del Total Cost of Ownership (TCO) è decisiva nella scelta del sistema di riscaldamento, in particolare nelle condizioni di continue variazioni delle tariffe energetiche in Ucraina. Il TCO comprende non solo i costi di capitale iniziali per attrezzatura e installazione, ma anche i costi di esercizio durante l’intero ciclo di vita del sistema (consumo di elettricità, costo del combustibile per il camino, manutenzione, riparazioni). Con il sistema combinato ‘camino + pompa di calore’ si prevede una significativa riduzione dei costi di esercizio rispetto al riscaldamento puramente elettrico o alle caldaie a gas (a seconda delle tariffe attuali).

**Costi di capitale:**

• **Pompa di calore:** Significativi, dipendono dal tipo (aria-acqua più economica, terreno-acqua più costosa), dalla potenza e dal marchio. Possono variare da 5000 a 15000 EUR per la sola attrezzatura senza installazione.
• **Camino con circuito ad acqua:** Da 1500 a 5000 EUR per il focolare, più il costo del rivestimento, della canna fumaria e dell’installazione.
• **Accumulatore inerziale, gruppi idraulici, automazione:** Da 1000 a 3000 EUR.
• **Lavori di installazione:** Possono rappresentare il 20-30% del costo dell’attrezzatura.

**Costi di esercizio:**

• **Pompa di calore:** Consuma elettricità. Con COP=3,5 (valore medio annuo per aria-acqua in Ucraina) e una tariffa di 2,64 UAH/kWh, 1 kWh di energia termica costa 2,64 / 3,5 = ~0,75 UAH.
• **Camino:** Utilizza legna. Il costo di 1 m³ di legna è di circa 1500-2500 UAH. Con un rendimento del camino del 75% e un potere calorifico della legna di 3,5 kWh/kg (per legno secco), il costo di 1 kWh di energia termica dal camino può essere paragonabile o persino inferiore a quello della pompa di calore, se la legna è disponibile a basso prezzo.

Le condizioni dell’Ucraina, con le sue particolarità climatiche (lunga stagione di riscaldamento, notevoli oscillazioni di temperatura) e la struttura tariffaria, rendono i sistemi combinati particolarmente interessanti. La possibilità di utilizzare la legna nei periodi di gelo intenso o durante le interruzioni di corrente garantisce indipendenza e stabilità energetica. Il periodo di ammortamento calcolato per un tale sistema, rispetto alle tradizionali caldaie a gas o elettriche, può essere di 5-10 anni, a seconda degli investimenti iniziali, della qualità dell’isolamento dell’edificio e dell’intensità di utilizzo del camino. È importante anche considerare il costo del kit casa, che può influire sul budget complessivo del progetto.

In generale, il TCO del sistema combinato consente di ottenere un risparmio significativo nel lungo periodo, in particolare per i proprietari che hanno accesso a legna economica o desiderano ridurre al minimo le proprie bollette elettriche nei periodi di picco.

L’efficienza del sistema di riscaldamento combinato dipende in larga misura dal livello della sua automazione e dalle possibilità di gestione intelligente. I moderni controllori consentono di automatizzare completamente il funzionamento della pompa di calore, ottimizzandone i regimi di lavoro in base alla temperatura esterna, all’ora del giorno e alle zone di riscaldamento. L’integrazione con i sistemi di ‘casa intelligente’ consente di gestire il riscaldamento a distanza, tramite smartphone o internet, nonché di programmare scenari di funzionamento per ottenere il massimo comfort e risparmio.

Le funzioni principali dell’automazione nel sistema combinato:

1. Regolazione della temperatura nell’accumulatore inerziale: Il controllore monitora la temperatura dell’acqua nel puffer e attiva la pompa di calore quando la temperatura scende sotto il valore impostato.
2. Gestione delle pompe di circolazione: L’automazione accende e spegne le pompe dei circuiti di riscaldamento (pavimento radiante, radiatori) e del camino, garantendo la necessaria circolazione del fluido termovettore.
3. Protezione dal surriscaldamento del camino: In caso di eccessivo aumento della temperatura nel circuito del camino (ad esempio, durante una combustione intensa e in assenza di utenze di calore), il controllore può attivare lo scarico di emergenza del calore tramite uno scambiatore di calore dedicato o interrompere l’afflusso d’aria alla camera di combustione.
4. Regolazione climatica: L’impostazione del funzionamento della pompa di calore in base alla temperatura dell’aria esterna consente di mantenere una temperatura confortevole nei locali con il minimo consumo energetico. In caso di brusco calo della temperatura esterna al di sotto del ‘punto di bivalenza’ (ad esempio, -7 °C per una pompa di calore ad aria), l’automazione può segnalare la necessità di attivare il camino oppure attivare la resistenza elettrica integrata della pompa di calore.
5. Gestione delle zone di riscaldamento: Possibilità di impostare regimi di temperatura individuali per i diversi locali o zone della casa. Questo consente di ridurre la temperatura nelle stanze non utilizzate, risparmiando ulteriore energia.

Per l’integrazione con i sistemi di ‘casa intelligente’ si utilizzano protocolli di comunicazione universali (Modbus, KNX, Z-Wave). Questo consente non solo di gestire il riscaldamento a distanza, ma anche di ottenere dati sul consumo energetico, sulla temperatura nel puffer, sul regime di funzionamento attuale di ogni fonte di calore. Un esempio può essere l’integrazione con termostati Nest o Tado, che apprendono le abitudini degli abitanti e ottimizzano i regimi di temperatura. Tali soluzioni non solo aumentano il comfort, ma garantiscono anche un risparmio energetico aggiuntivo fino al 10-15%. Questo è fondamentale per i moderni sistemi ad alta tecnologia nell’edilizia.

Il software per le pompe di calore consente spesso di monitorare il COP in tempo reale, tenere statistiche sui consumi e sul funzionamento del sistema, offrendo al proprietario il pieno controllo e la possibilità di una regolazione fine.

L’installazione e l’esercizio del sistema di riscaldamento combinato ‘camino + pompa di calore’ in Ucraina sono regolati da una serie di atti normativi e standard finalizzati a garantire sicurezza, efficienza energetica e durabilità. I principali sono:

• **ДБН В.2.5-67:2013 ‘Riscaldamento, ventilazione e condizionamento’:** Definisce i requisiti generali per i sistemi di riscaldamento, comprese le norme sui calcoli termici, la scelta dell’attrezzatura, l’installazione delle tubazioni e degli elementi di sicurezza.
• **ДБН В.2.5-20:2018 ‘Approvvigionamento di gas’:** Sebbene non riguardi direttamente i camini, contiene disposizioni importanti sui requisiti per le canne fumarie e la ventilazione, applicabili per analogia.
• **ДБН В.2.6-31:2021 ‘Isolamento termico degli edifici’:** Stabilisce i requisiti per le caratteristiche termotecniche dell’involucro edilizio, che influiscono direttamente sul calcolo del carico termico e sull’efficienza del sistema di riscaldamento.
• **ДСТУ Б А.2.2-12:2015 ‘Efficienza energetica degli edifici. Metodo di calcolo del consumo energetico per il riscaldamento…’:** Disciplina la metodologia di calcolo delle caratteristiche energetiche dell’edificio, che è la base per la progettazione della potenza della pompa di calore e del camino.

Un’attenzione particolare va dedicata alla sicurezza antincendio nell’installazione del camino. La canna fumaria deve essere realizzata in materiali incombustibili, avere un diametro e un’altezza adeguati per garantire un tiraggio sufficiente, ed essere adeguatamente isolata dalle strutture combustibili dell’edificio. Le distanze minime tra la canna fumaria e i materiali combustibili sono regolamentate. Inoltre, è necessario garantire un afflusso d’aria sufficiente per la combustione, per evitare la rarefazione dell’aria nell’ambiente e il tiraggio inverso.

Il sistema di sicurezza del camino con circuito ad acqua deve comprendere: valvola di sicurezza (solitamente a 2,5-3 bar), sfiato d’aria automatico, manometro e scambiatore di calore di scarico con valvola termostatica. Quest’ultimo è di importanza critica, poiché in caso di surriscaldamento del camino (ad esempio, in caso di spegnimento delle pompe di circolazione o assenza di utenze di calore), apre automaticamente l’afflusso di acqua fredda per raffreddare il circuito e scaricare il calore in eccesso nella fognatura.

Per la pompa di calore è necessario prevedere una protezione antigelo, stabilizzatori di tensione e sistemi di monitoraggio di pressione e temperatura. La manutenzione regolare (almeno una volta all’anno) è obbligatoria per entrambi i componenti del sistema per garantirne il funzionamento affidabile ed efficiente. Tutti i lavori di installazione e collegamento devono essere eseguiti da specialisti qualificati con le relative licenze e autorizzazioni, per evitare rischi e garantire la conformità alle norme. Questo approccio garantisce un esercizio sicuro e una lunga durata di servizio.